TWM528512U

TWM528512U - 氣體處理裝置

Info

Publication number: TWM528512U
Application number: TW105207995U
Authority: TW
Inventors: Zong-Xue Wu; Kang-Shuo Wu
Original assignee: Integrated Plasma Inc
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2016-09-11

Description

氣體處理裝置

本新型是有關於一種氣體處理裝置，特別是指一種能有效降低氧化亞氮氣體濃度的氣體處理裝置。

氧化亞氮(N ₂O)是排在二氧化碳(CO ₂)與甲烷(CH ₄)之後的第三大溫室氣體，其所能造成的溫室效應的效果約莫是二氧化碳的296倍;且氧化亞氮目前也廣泛地應用在半導體工業製程上，其濃度能高達99.999%，所以基於環境保護及讓地球永續發展的理念，遂是有必要降低工業製造過程中所排放的氧化亞氮濃度。

目前普遍降低氧化亞氮濃度的作法，主要是藉由將氧化亞氮通入至一反應腔座內，並直接將該反應腔座加熱至攝氏900度後，藉此讓氧化亞氮分解為氮氣與氧氣，以符合氧化亞氮在環境中排放的標準，然而，此種作法實質上卻存有反應效率不佳而無法有效降低氧化亞氮濃度的缺憾。

因此，本新型之目的，即在提供一種藉由提升反應效率而有效降低氧化亞氮濃度的氣體處理裝置。

於是，本新型氣體處理裝置，適用於供一甲烷氣體、一空氣氣體與一氧化亞氮氣體分別通入。

該氣體處理裝置包含一管路單元、一反應腔座，及一加熱單元。

該管路單元包括一能供所述甲烷氣體通入的甲烷輸送管、一能供所述空氣氣體通入的空氣輸送管、一能供所述氧化亞氮氣體通入的製程氣體輸送管，及一端部連接該甲烷輸送管、該空氣輸送管與該製程氣體輸送管的匯流管。該匯流管界定出一能匯集所述甲烷氣體、所述空氣氣體與所述氧化亞氮氣體的預混合流道。

該反應腔座連接該匯流管的另一端部，並包括一界定出一反應空間的腔壁、一貫穿該腔壁且與該預混合流道相連通的進氣口，及一貫穿該腔壁的排氣口。

該加熱單元鄰近該反應腔座並能用以加熱該反應空間，使該反應空間溫度不低於攝氏600度。

本新型氣體處理裝置之功效，在於利用該匯流管能預先讓通入至該甲烷輸送管的所述甲烷氣體、通入至該空氣輸送管的所述空氣氣體，及通入至該製程氣體輸送管的所述氧化亞氮氣體三者相混合後，再流入至溫度不低於攝氏600度的該反應空間的設計，藉此讓部分所述甲烷氣體能先與所述空氣氣體發生反應而直接地將該反應空間溫度提升至所述氧化亞氮氣體本身裂解溫度，以達成節省能源的功效；另外，其於部分所述甲烷氣體再與所述氧化亞氮氣體發生反應，如此，便能達成提升反應效率而有效降低氧化亞氮濃度的目的。

參閱圖1與圖2，本新型氣體處理裝置的一實施例，適用於供一甲烷(CH ₄)氣體、一空氣氣體與一氧化亞氮(N ₂O)氣體分別通入。補充說明的是，所述空氣氣體為此技術領域中具有通常知識者所熟知的壓縮乾燥空氣(Clean Dry Air, 簡稱CDA)。

該氣體處理裝置100包含一管路單元1、一反應腔座2，及一加熱單元3。

該管路單元1包括一能供所述甲烷氣體通入的甲烷輸送管11、一能供所述空氣氣體通入的空氣輸送管12、一能供所述氧化亞氮氣體通入的製程氣體輸送管13，及一端部141連接該甲烷輸送管11、該空氣輸送管12與該製程氣體輸送管13的匯流管14，該匯流管14界定出一能匯集所述甲烷氣體、所述空氣氣體與所述氧化亞氮氣體的預混合流道140。

該反應腔座2連接該匯流管14的另一端部142，並包括一界定出一反應空間210的腔壁21、一貫穿該腔壁21且與該預混合流道140相連通的進氣口22，及一貫穿該腔壁21的排氣口23。在本實施例中，該反應腔座2的該腔壁21具有呈上下相反設置的一頂壁部211與一底壁部212、一連接該頂、底壁部211、212的圍繞壁部213，及一自該底壁部212朝該頂壁部211延伸的擋板壁部214，該進氣口22與該排氣口23分別坐落於該擋板壁部214兩側且位於該圍繞壁部213上。

該加熱單元3鄰近該反應腔座2並能用以加熱該反應空間210，使該反應空間210溫度不低於攝氏600度。詳細說明的是，該加熱單元3能以電熱式(Electrothermic Type)加熱技術對該反應空間210加熱，在本實施例中，該加熱單元3為一位於該反應空間210的電熱棒(Electric Bar)，該電熱棒穿設該頂壁部211並朝該擋板壁部214延伸。補充說明的是，該檔板壁部214呈凹字型，如圖2所示。

值得一提的是，該加熱單元3也能為一環繞該反應腔座2的該腔壁21外部的加熱線圈(Electric Heating Coil)。只要能達成讓該反應空間210溫度不低於攝氏600度的加熱技術，該加熱單元3也能是採用以燃燒(Combustion)加熱技術來對該反應空間210加熱，抑或是電漿(Plasma)加熱技術來對該反應空間210加熱，如此，也能達成相同目的與功效。另說明的是，以燃燒加熱技術或是以電漿加熱技術來加熱該反應空間210為此技術領域中具有通常知識者所熟知且已被廣泛地運用，故不再贅述技術原理。

在使用上，該製程氣體輸送管13通常還會通入惰性氣體氮氣(N ₂)，該匯流管14能預先讓通入至該甲烷輸送管11的所述甲烷氣體(即還原劑)、通入至該空氣輸送管12的所述空氣氣體，及通入至該製程氣體輸送管13的所述氧化亞氮氣體(即氧化劑)與所述氮氣彼此相混合後，再流入至溫度不低於攝氏600度的該反應空間210。

由於，所述甲烷氣體的自燃溫度約為攝氏550度，因此，流入至該反應空間210的部分所述甲烷氣體會與所述空氣氣體發生燃燒反應而持續地直接提供熱能使該反應空間210溫度升高，此反應過程不僅可以減少甲烷溫室氣體含量之外，還能幫助該反應空間210達到所述氧化亞氮氣體本身的裂解溫度(約攝氏900度)。接著，其於部分作為還原劑的所述甲烷氣體會與位於該反應空間210內作為氧化劑的所述氧化亞氮氣體發生氧化還原反應，其化學反應式如下: CH ₄+4N ₂O à 4N ₂+CO ₂+2H ₂O

本新型主要是利用所述氧化亞氮氣體在經過高溫該反應空間210時，能同步與所述甲烷氣體進行熱分解與氧化還原反應，進而在高溫環境下打破分子鍵而分解成氮離子、氧離子與氫離子，由於各離子鍵結合強度不同，如氧離子與氫離子結合性強於氧離子與氮離子，因此，在降溫後能重組分子，故能藉此原理來有效降低氧化亞氮氣體濃度。

在此，也提供一詳細記載實驗數據的表格，以充分說明本新型確實可以達成提升氧化亞氮氣體在燃燒時的反應效率而有效降低氧化亞氮濃度的目的，其中，Q _in與Q _out分別表示氧化亞氮氣體每分鐘流入至該製程氣體輸送管13與流出該反應腔座2的該排氣口23的公升數，而C _in與C _out分別表示氧化亞氮氣體每分鐘流入至該製程氣體輸送管13與流出該反應腔座2的該排氣口22的濃度。另為了能清楚表示氧化亞氮濃度降低的反應效率，在此定義DRE=1-( C _out/ C _in)( Q _out/ Q _in)， DRE數值越大則表示氧化亞氮的分解效率越佳；反之，DRE數值越小則表示氧化亞氮的分解效率不佳。 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td> 組別 </td><td> 該反應空間溫度(℃) </td><td> 所述甲烷氣體流量(lpm) </td><td> 所述製程氣體流量(lpm) </td><td> Q<sub>in</sub> (lpm) </td><td> Q<sub>out</sub> (lpm) </td><td> C<sub>in</sub> (ppm) </td><td> C<sub>out</sub> (ppm) </td><td> DRE (%) </td></tr><tr><td> 對照組 </td><td> 900 </td><td> 0 </td><td> N<sub>2</sub></td><td> 200 </td><td> 225.3 </td><td> 322.0 </td><td> 14,703 </td><td> 8,917 </td><td> 13.3 </td></tr><tr><td> N<sub>2</sub>O </td><td> 4 </td></tr><tr><td> 實驗組 </td><td> 900 </td><td> 3 </td><td> N<sub>2</sub></td><td> 200 </td><td> 206.4 </td><td> 307.5 </td><td> 14.135 </td><td> 577 </td><td> 93.9 </td></tr><tr><td> N<sub>2</sub>O </td><td> 4 </td></tr></TBODY></TABLE>

由上述可清楚得知，相較於現有直接將氧化亞氮通入至一反應腔座內(且無伴隨還原劑氣體的通入)，並直接將該反應腔座加熱至攝氏900度後的分解作法(即對照組)所得出的DRE值僅有13.3%，反觀，通過利用本新型(即實驗組)所得出的DRE值能高出對照組約莫7倍。

綜上所述，本新型氣體處理裝置，在於利用該匯流管14能預先讓通入至該甲烷輸送管11的所述甲烷氣體、通入至該空氣輸送管12的所述空氣氣體，及通入至該製程氣體輸送管13的所述氧化亞氮氣體彼此相混合後，再流入至溫度不低於攝氏600度的該反應空間210的設計，藉此讓部分所述甲烷氣體能先與所述空氣氣體發生燃燒反應而直接地將該反應空間210溫度提升至所述氧化亞氮氣體本身裂解溫度，以達成節省能源的功效；另外，其於部分所述甲烷氣體再與所述氧化亞氮氣體發生氧化還原反應，如此，便能達成提升反應效率而有效降低氧化亞氮濃度的功效，故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧管路單元
11‧‧‧甲烷輸送管
12‧‧‧空氣輸送管
13‧‧‧製程氣體輸送管
14‧‧‧匯流管
140‧‧‧預混合流道
141‧‧‧端部
142‧‧‧端部
2‧‧‧反應腔座
21‧‧‧腔壁
210‧‧‧反應空間
211‧‧‧頂壁部
212‧‧‧底壁部
213‧‧‧圍繞壁部
214‧‧‧檔板壁部
22‧‧‧進氣口
23‧‧‧排氣口
3‧‧‧加熱單元
100‧‧‧氣體處理裝置

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一局部剖視圖，說明本新型一種氣體處理裝置的一實施例；及圖2是一剖視圖，說明是沿圖1中II-II的割面線方向。

1‧‧‧管路單元

210‧‧‧反應空間

11‧‧‧甲烷輸送管

211‧‧‧頂壁部

12‧‧‧空氣輸送管

212‧‧‧底壁部

13‧‧‧製程氣體輸送管

213‧‧‧圍繞壁部

14‧‧‧匯流管

214‧‧‧檔板壁部

140‧‧‧預混合流道

22‧‧‧進氣口

141‧‧‧端部

23‧‧‧排氣口

142‧‧‧端部

3‧‧‧加熱單元

2‧‧‧反應腔座

100‧‧‧氣體處理裝置

21‧‧‧腔壁

Claims

一種氣體處理裝置，適用於供一甲烷氣體、一空氣氣體與一氧化亞氮氣體分別通入，並包含：一管路單元，包括一能供所述甲烷氣體通入的甲烷輸送管、一能供所述空氣氣體通入的空氣輸送管、一能供所述氧化亞氮氣體通入的製程氣體輸送管，及一端部連接該甲烷輸送管、該空氣輸送管與該製程氣體輸送管的匯流管，該匯流管界定出一能匯集所述甲烷氣體、所述空氣氣體與所述氧化亞氮氣體的預混合流道；一反應腔座，連接該匯流管的另一端部，並包括一界定出一反應空間的腔壁、一貫穿該腔壁且與該預混合流道相連通的進氣口，及一貫穿該腔壁的排氣口；及一加熱單元，鄰近該反應腔座並能用以加熱該反應空間，使該反應空間溫度不低於攝氏600度。
如請求項1所述的氣體處理裝置，其中，該加熱單元能以電熱式加熱技術對該反應空間加熱，該加熱單元為一位於該反應空間的電熱棒。
如請求項2所述的氣體處理裝置，其中，該反應腔座的該腔壁具有呈上下相反設置的一頂壁部與一底壁部、一連接該頂、底壁部的圍繞壁部，及一自該底壁部朝該頂壁部延伸的擋板壁部，該進氣口與該排氣口分別坐落於該擋板壁部兩側且位於該環繞壁部上，該電熱棒穿設該頂壁部並朝該擋板壁部延伸。
如請求項1所述的氣體處理裝置，其中，該加熱單元能以電熱式加熱技術對該反應空間加熱，該加熱單元為一環繞該反應腔座的該腔壁外部的加熱線圈。
如請求項1所述的氣體處理裝置，其中，該加熱單元能以燃燒式加熱技術對該反應空間加熱。
如請求項1所述的氣體處理裝置，其中，該加熱單元能以電漿加熱技術對該反應空間加熱。